DE470910C - Negative Impedanz unter Verwendung von Verstaerkern, z. B. Verstaerkerroehren - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Schaltangen zur Erzielung einer negativen Impedanz unter Verwendung von Verstärkern, z. B. Kathodenröhren.

Ebenso wie eine gewöhnliche Impedanz Z in einem Stromkreis, in dem ein Strom/ fließt, einen Spannungsabfall bewirkt, der gleich / · Z ist (d.h. der Größe und Richtung nach bestimmt), ebenso bewirkt eine negative Impedanz —Z, wenn sie von dem Strom / durchflossen wird, eine Spannungszunahme JZ; eine negative Impedanz erhöht also die vor ihr herrschende Spannung durch Addition eines Vektors wählbarer Richtung, so daß auch der Vektor der resultierenden Spannung leine andere Richtung erhalten kann, ohne daß der Strom sich ändert, während ein gewöhnlicher Verstärker die an der Eingangsseite herrschende Spannung durch Multiplikation mit einer reinen Zahl erhöht, so daß der resultierende Spannungsvektor dieselbe Richtung wie der ursprüngliche behält, der Strom aber seine Größe ändern kann. In ihrer Benutzung unterscheiden sich Verstärker und negative Impedanz dadurch, daß ein Verstärker ähnlich wie ein Transformator mit je zwei Klemmen an der Eingangs- und Ausgangsseite geschaltet wird, während die negative Impedanz wie ein Widerstand in eine Leitung geschaltet wird.

Die Richtung des Vektors der negativen Impedanz wird bekanntlich durch positive Widerstandselemente bestimmt. Dabei machen sich die übrigen, in Reihe mit diesen Elementen liegenden Widerstände durch einen zusatz liehen Spannungsabfall bemerkbar, der dann besonders störend wirkt, wenn sein Vektor eine andere Richtung hat als die gewünschte Impedanz Z.

Die Erfindung besteht nun darin, daß zu der positiven Impedanz, die den Charakter der negativen Impedanz bestimmt, ein Widerstand zugeschaltet wird, der die Wirkung dieser übrigen Widerstände aufhebt, und in der Verwendung von Transformatoren, so daß 4-5 man jede beliebige Anzahl Verstärkerröhren anwenden kann, während bisher immer je zwei Röhren erforderlich waren.

Der Gegenstand der Erfindung ist in den Abbildungen beispielsweise wiedergegeben.,

J und zwar bezeichnen die gleichen Bezugs ! zeichen die gleichen Teile.

j Abb. ι zeigt die in der Einleitung erwähnte bekannte Schaltanordnung mit dem zusätzlichen Widerstand 16 gemäß der Erfindung,

Abb. 2 eine Schaltung unter .Verwendung von Transformatoren 17, 18 mit einer Verstärkerröhre,

Abb. 3 die Anwendung der Schaltung nach Abb. 2 mit einer künstlichen Leitung als Impedanz 9 und .

Abb. 4 die Anwendung der Schaltung nach Abb. 2 mit einer künstlichen Leitung mit um-' gekehrten Konstanten, indem die Kapazitäten

durch Induktivitäten 'ersetzt werden, die gleich große, aber entgegengesetzte Phasenverschiebung hervorrufen, und umgekehrt. In den Abbildungen bezeichnen ι und 2 zwei Dreielektrodenröhren,

3 und 5 die Batterien für den Anodenrtromkreis der ersten Röhre,·

4 und 6 die Anodenbatterien für die zweite Röhre,

ίο 7 und 8 die Klemmen des Gitterstromkreises der ersten Röhre und

9 eine Impedanz, deren Wert im wesentlichen den Charakter der negativen Impedanz bestimmt,

io und Ii die Klemmen des Güterstrom kreises der zweiten Röhre,

12 und 15 Widerstände, welche in die beiden Anodenkreise eingeschaltet werden,,.

13 und 14 die Klemmen des Verbrauchskreises der zweiten Röhre,

16 den Kompensationswiderstand und

17 und 18 Transformatoren.

Die Anode der Röhre 1 ist über eine Batterie 3 (Abb. 1), eine Batterie 5 und einen Widerstand 12 mit dem Heizfaden verbunden. Die Spannung der Batterie 5 ist so groß, daß sie den Spannungsabfall im Widerstand 12 bei dem Ruhe-Anodenstrom kompensiert, so daß zwischen den Punkten 10 und 11 itn Ruhezustand keine Spannungsdifferenz besteht.

An diesem Punkt 10 und 11 ist der Gitterkreis der zweiten Röhre angeschlossen, deren Anodenkreis ganz .entsprechend dem der ersten über die Batterien 4, 6 und den Widerstand 15 gebildet ist, wobei auch hier zwischen 14. und 13 im Ruhezustand keine Spannungsdifferenz herrscht.

In dem Gitterkreis der ersten Röhre liegt eine ganz beliebige Impedanz 9 von der Größe Z. Fließt nun durch die Impedanz 9 ein Strom/ von 7 nach 8, so wird das Potential des Gitters 1 gegenüber dem Glühfaden positiv, der Anodenstrom: Anode, 10,11, Glühfaden wächst, so daß, wenn vorher in 10 und 11 gleiches Potential herrschte, jetzt das Potential in 11 durch den größeren Spannungsabfall im Widerstand 12 höher wird. Infolgedessen hat der Punkt 10 ein niedrigeres Potential als der Punkt 11, was als eine von 10 nach 11 negative Spannung bezeichnet werden soll. Da jedoch eine positive Spannung verlangt wird, welche größer sein soll als die Spannung 7-8, muß eine zweite Röhre verwendet werden.

Die von 10 nach 11 negative Spannung verringert den Anodenstrom, der Röhre 2, der Spannungsabfall im Widerstand 15 wird also kleiner, und es resultiert eine von 13 nach 14 positive Spannung. Die Spannung 14-13 ist also negativ und mit der kleineren positiven Spannung γ-8 hintereinandergeschaltet, so daß die Summe der Spannungen zwischen 7 und 13 negativ ist, wenn die Leitung 7-13 von einem positiven Strom durchflossen wird, und diese Spannung wird um so größer, je mehr der Strom anwächst. Zwei Röhren sind deswegen .erforderlich, weil die erste eine Spannung 11-10 mit gleichem Vorzeichen wie 7-8 hervorruft und erst bei der zweiten die Spannung 14-13 entgegengesetztes Vorzeichen hat.

Die geschilderbe Anordnung vernachlässigt die Wirkung des Widerstandes 15, dessen Spannungsabfall durch die Batterie 6 nur bei Ruhe-Anodenstrom ausgeglichen ist.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, durch einen zusätzlichen Widerstand 16 zu der Impedanz 9 zwischen den Punkten 7 und 8 einen zusätzlichen negativen Widerstand zwischen den Punkten 13 und 14 hervorzurufen, der die Wirkung des Widerstandes 15 vollständig ausgleicht (Abb. 1).

Nun läßt es sich außerdem durch die Verwendung von Transformatoren 17, 18 (Abb. 2) von geeignetem Wicklungssinn ermöglichen, eine beliebige Anzahl Röhren zu verwenden gegenüber der Schaltung nach Abb. 1, die immer je zwei Röhren erfordert.

In Abb. 2 sind 17 und 18 solche Transfort· matoren, während die übrigen Bezugszeichen die gleichen Teile wie in Abb. 1 bezeichnen.

Dar Transformator 17 ist so geschaltet, daß die Spannung schon am Gitter der ersten Röhre das gewünschte Vorzeichen hat und an der Sekundärseite des Transformators 18 die verstärkte Spannung entgegengesetzten Vorzeichens abgenommen wird. Dasselbe Ergebnis erzielt man, wenn man in beiden Transformatoren den Wicklungssinn umkehrt.

Wenn man annimmt, daß man mit einer vollkommenen Transformatortype arbeitet (magnetisierender Strom gleich Null, gegenseitige Kapazität der Wicklungen gleich Null, Streuungen gleich Null, Verluste gleich Null), dann wird die Wirkungsweise dieselbe sein wie bei der Schaltung nach Abb. 1.

In der Praxis wird man die Transformatoren 17 und 18 so wählen, daß sie möglichst nahe an die Forderungen eines vollkommenen Transformators für die Größenordnung der in Betracht kommenden Frequenzen heranreichen. Der magnetisierende Strom kann sogar durch eine im Nebenschluß geschaltete Kapazität aufgehoben werden. Diese Transfoirmatoren können ,eisenlos sein, wenn es sich um sehr hohe Frequenzen handelt. Der Eingangstransformator kann übrigens mit einem ziemlich, schwachen Übersetzungsverhältnis hergestellt werden, um in dem Gitterstrom- iao kreis einem Verbrauch vorzubeugen, welcher die gewünschte Betriebsweise stören könnte.

Claims (5)

Der Widerstand 15 kann regelbar vorgesehen sein und gegebenenfalls in die Wicklung gelegt werden, welche mit der Anode verbunden ist. Er kann sogar durch die Verluste im Eisen des Transformators dargestellt werden. Die Abb. 3 und 4 zeigen Anwendungsbeispiele der Schaltung nach Abb. 2. Grundsätzlich ist diese Schaltungsanordnung so gedacht, daß von 2 Leitern eines Kabels, von denen einer die Erde sein kann, der eine an die mit 7 verbundene Klemme angeschlossen wird und die mit 13 verbundene Klemme zum Empfangsgerät führt, während der andere Leiter unmittelbar zum Empfangsgerät führt. Um der Symmetrie zu genügen, kann man zwei negative Impedanzen vorsehen, und zwar eine für jede Ader. In dem ersten System kann der Gitterstromkreis nach der einen Seite gerichtet sein und der Anodenkreis nach der entgegengesetzten Seite, während in dem zweiten Verstärkersystem der Gitterstromkreis und der Anodenstromkreis umgiekehrt gerichtet wären. Man kann als Impedanz 9 ein Kabel oder eine dem Kabel gleichwertige künstliche Leitung verwenden, so daß die negative Impedanz den Spannungsabfall in der ganzen Zuleitung verringert, aufhebt oder überwiegt fAbb. 3). Der Widerstand 16 wird dann zweckmäßig aus Symmetriegründen unterteilt. Je einer der beiden Teile dieses Widerstandes wird dann vor und hinter das die negative Im pedanz bestimmende Element geschaltet. Man hat durch die negative Impedanz auch ein bequemes Mittel, die Verzerrung der übertragenden Ströme aufzuheben, indem man die dem Kabel gleichwertige Kunstleitung mit umgekehrten Konstanten ausführt (Abb. 4). Ganz allgemein kann die Impedanz 9 durch beliebige Elemente geschaffen werden, z. B. Widerstände, Selbstinduktionen oder Kapazitäten oder deren Kombinationen. Die Impedanz 9 kann auch noch, z. B. durch den Modulierungsstromkreis eines magnetischen Verstärkers oder Frequenzvervielfachers, den Erregerstromkreis .einer Hochfrequanzwechselstromquelle oder im allgemeinen durch irgendeinen Stromkreis gebildet werden, dessen Reaktanz von der Frequenz abhängig ist. Die Verzerrung, welche der Strom beim Durchgang durch einen derartigen Stromkreis erleidet, erscheint dann auf der Anodensieite verringert, aufgehoben, oder umgekehrt. Ist sie gerade aufgehoben, so wäre die ganze Impedanz einem reinen Ohmschen Widerstand gleichwertig. Die Bezugszeichen in den Patentansprüchen sind nicht dazu bestimmt, ihrem Sinn zu beeinflussen. PATENTANSi3RUCHE:

1. Negative Impedanz unter Verwendung von Verstärkern, z. B. Verstärkerröhren, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit dem die Art und Größe der negativen Impedanz bestimmenden Elemente (9)

(z. B. Widerstände, Spulen, Kondensatoren) ein Kompensationswiderstand (16) geschaltet ist, der den Spannungsabfall in den übrigen, in Reihe zu diesen Elemental liegenden Widerständen aufhebt.

2. Negative Impedanz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmen der die Art und Größe der negativen Impedanz bestimmenden Elemente (9) und des Kompensationswiderstandes (16) an das Gitter einer Röhre über einen Transformator angeschlossen sind, dessen Primär- und Sekundärwicklung entgegengesetzten Wicklungssinn besitzen.

3. Negative Impedanz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anodenkreis mit dem in Reihe zu den Wider-

- Standselementen (9,16) geschalteten Widerstand (15) über einen Transformator verbunden ist, dessen Primär- und Sekundärwicklung entgegengesetzten Wieklungssinn besitzen.

4. Negative Impedanz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompensationswiderstand (16) unterteilt ist und -die beiden Teile das die negative Impedanz bestimmende Element (g) einschließen.

5. Negative Impedanz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die negative Impedanz bestimmende Element (9) ein Kabel, eine künstliche Leitung oder eine künstliche Leitung von solcher elektrischen Beschaffenheit ist, daß sie die durch die Übertragungsleitung hervorgerufene Verzerrung aufhebt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen